基于內聯(lián)三維自修復網(wǎng)絡復合材料力學性能與結構優(yōu)化.pdf

1、復合材料由于其強度高、剛度大、質量輕、可設計性強等一系列優(yōu)點，廣泛應用于航空、航天等領域中。然而，聚合物基復合材料層合板在加工成型和使用過程中，材料內部易發(fā)生分層等損傷，從而引起材料整體性能的下降，因此，消除或抑制復合材料內部微裂紋及其擴展對于保持材料的性能至關重要?；趦嚷?lián)三維自修復網(wǎng)絡復合材料是一種新型的復合材料自修復體系，由于其結構特性，可以實現(xiàn)層間增韌和損傷的多次自修復，同時通過網(wǎng)絡可提供源源不斷的修復劑來修補復合材料內損傷，極

2、大的提高修復效率，因此，有必要對其進行力學性能及三維網(wǎng)絡結構優(yōu)化的研究。
　　通過用熱塑性樹脂纖維EMAA將鋪層好的預浸料沿厚度方向進行縫合及平面方向進行編入，建立起內聯(lián)三維自修復網(wǎng)絡，固化成型之后加工成雙懸臂梁試件。對試件進行雙懸臂梁試驗，之后通過熱激勵使帶自修復網(wǎng)絡損傷試件進行自修復，再次進行雙懸臂梁試驗，重復此過程。通過對比計算可得:對于在中間平面EMAA修復劑面積分數(shù)為1.8％的內聯(lián)三維網(wǎng)絡復合材料，其斷裂韌性值與無內聯(lián)自

3、修復網(wǎng)絡層合板相比提高約116％，對Ⅰ型分層損傷的第一次修復效率為164％，二次修復效率為149％。
　　基于粘聚區(qū)的界面單元法，提出了模擬修復劑及樹脂基體的雙分區(qū)粘聚區(qū)模型。利用大型商用有限元分析軟件ABAQUS對含三維內聯(lián)自修復網(wǎng)絡復合材料進行建模，基于雙分區(qū)粘聚區(qū)模型研究了無修復劑試件、含內聯(lián)自修復網(wǎng)絡試件及自修復后試件的分層裂紋起始及擴展過程。對有限元結果進行分析，對比數(shù)值結果與實驗結果的載荷-位移曲線，證明了有限元模型的

4、正確性，同時更好地解釋了含內聯(lián)自修復網(wǎng)絡試件的層間增韌及自修復機理。
　　基于雙分區(qū)粘聚區(qū)模型，對不同三維自修復網(wǎng)絡密度的復合材料進行有限元建模，并進行Ⅰ型分層裂紋擴展有限元仿真，數(shù)值分析結果表明:材料Ⅰ型層間斷裂韌性及自修復效率隨著三維自修復網(wǎng)絡密度的增大而增大;對不同三維自修復網(wǎng)絡密度復合材料進行拉伸試驗，試驗結果表明:隨著三維自修復網(wǎng)絡密度的增加，材料的拉伸性能有所下降。最后，通過有限元分析與實驗研究相結合，優(yōu)化出了三維自修